Quimica analitica quantitativa

Quimica analitica quantitativa

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Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari b) Formação de gases ou vapores coloridos 1- Cloro: amarelo- esverdeado colore em violáceo a água alcalina de anilina 2- Bromo: vermelho colore em azul a água de anilina 3- Nitrosos: vermelhos colorem em azul a solução sulfúrica de difenilamina 4- Iodo: roxo característico

2.1.2- Ensaios do Maçarico de Sopro

Utiliza-se para estes ensaios uma chama de um bico de Bunsen. Ele é efetuado numa cavidade na superfície do bloco de carvão, sendo a amostra em exame misturada com carbonato de sódio e umedecida para formar uma pasta queimada na chama redutora (interna, azul), sobre a superfície de carvão vegetal. O carvão além de servir como suporte, participa da reação exercendo a ação redutora ao queimar-se.

As reações que se passam podem ser exemplificadas com a análise do acetato de chumbo (Pb(Ac)2):

A água e o gás carbônico formados evoluem pelo aquecimento; o óxido de sódio (Na2O) infiltra-se no carvão e o carbonato de chumbo (PbCO3) é transformado em óxido:

Parte deste óxido chumbo (PbCO3) fica na superfície do carvão, nas vizinhanças do ensaio; a porção restante é reduzida ao metal (Pb):

2.1.3- Ensaios da chama

Os compostos de certos metais são volatilizados na chama de Bunsen, comunicando-lhe cores características. Os cloretos estão entre os compostos mais voláteis. O ensaio é conduzido com a imersão de um fio de platina em ácido clorídrico concentrado e numa porção da amostra em exame, ou seja os cloretos são preparados in situ, em seguida esse mesmo fio umedecido é levado à chama. A tabela abaixo mostra as cores de diferentes metais.

Tabela 1: Coloração da chama

Observação Inferência

Chama amarelo- dourada persistente Na Chama violeta ou lilás (cor carmesim através do vidro de azul de cobalto) K

Chama vermelho- tijolo (vermelha amarelada) Ca Chama carmesim Sr Chama verde amarelada Ba Chama azul-pálida (fio lentamente corroído) Pb, As, Sb, Bi, Cu

A chama de sódio mascara a de outros elementos como, por exemplo, a do potássio. As misturas podem ser detectadas rapidamente com um espectroscópio de visão direta. Um método mais simples é observar a chama através de duas espessuras de vidro de azul de cobalto, onde a coloração amarela devida ao sódio é mascarada ou absorvida; a coloração devida ao potássio aparece, então, carmesim.

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2.1.4- Ensaios com pérolas As pérolas comumente usadas nos ensaios por via seca são as de bórax ou de sal de fósforo.

a) Pérolas de Bórax

O bórax cristalizado, Na2B4O7.10H2O, levado à chama oxidante1 por meio de um fio de platina, funde a princípio em sua água de cristalização, dando uma massa branca intumescida (bórax calcinado)

Continuando o aquecimento entra em fusão ígnea e deixa, pelo esfriamento, uma massa vítrea (bórax fundido), que tem o aspecto de uma pérola transparente.

Aquecendo-se, até fusão, a pérola transparente de bórax com os óxidos metálicos (ou compostos susceptíveis de dar óxidos metálicos) nas regiões de oxidação e de redução de uma chama, obtêm-se boratos coloridos ou incolores, utilizados na caracterização dos respectivos metais.

No item 4, referente a classificação dos cátions, será abordado esse ensaio para alguns cátions.

b) Pérola de Sal de Fósforo

O sal de fósforo (Na(NH4)HPO4.4H2O) aquecido num fio de platina, funde em água de cristalização e se transforma em uma pérola transparente de metafosfato de sódio (NaPO3).

A pérola de sal de fósforo tem a propriedade (como o bórax) de verificar os óxidos metálicos, dando origem a fosfatos de colorações características, ou incolores, que identificam o metal.

O bórax é mais usado porque adere melhor ao fio de platina, facilitando, a análise. Há pérolas que são mais nítidas com o sal de fósforo (molibdênio, tungstênio) e outras com o bórax (cério, vanádio). Em geral as colorações das pérolas são semelhantes.

2.2- Ensaios Por Via Úmida

Investigações preliminares são realizadas antes de se realizar estes ensaios. São observações válidas para as etapas subseqüentes de investigação das amostras:

1- Observar a cor, odor e qualquer propriedade física especial 2- Observar a reação ao papel de tornassol.

a) A solução é neutra: estão ausentes os ácidos livres, bases livres, sais ácidos e sais que apresentam uma reação ácida ou alcalina, devido à hidrólise.

b) A solução apresenta reação alcalina: isso pode ser devido a hidróxidos dos metais alcalinos e alcalino- terrosos, carbonatos, sulfetos, hipocloritos e peróxidos de metais alcalinos etc.

c) A solução apresenta reação ácida: pode ser causada por ácidos livres, sais ácidos, sais que produzem uma reação ácida, devido à hidrólise, ou uma solução de sais em ácidos.

3- Evaporar a solução à secura e observar a cor e aspecto do resíduo. Se não houver resíduo, apenas as substâncias voláteis podem estar presentes, tais como: dióxido de carbono, amônia, dióxido de enxofre, gás sulfídrico, ácido clorídrico, bromídrico e iodídrico, ácido fluorídrico, ácido nítrico ou sais de amônio.

1 Zona de fusão: externa, ao lado da chama azul interna

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Após a etapa preliminar, percebe-se que a adição de um reagente a solução que contém a amostra em estudo leva a formação de um precipitado, por desprendimento de gás, ou por mudança de cor. A maioria das reações de análise qualitativa é conduzida por via úmida; maiores detalhes serão dados nos itens seguintes.

3- Análise Funcional e Sistemática

A análise funcional e sistemática de uma solução deve ser iniciada pelos ensaios preliminares, seguida de ensaios para ânions e separação e identificação dos cátions presentes. Essa identificação é feita com a adição de reagentes específicos (ácido clorídrico, gás sulfídrico, amônia, sulfeto de amônio ou carbonato de amônio) que promoverá a formação de precipitados e em seguida eles são analisados. Os grupos de cátions são classificados de acordo com a adição desses reagentes específicos. A classificação dos ânions, adotada por Arthur Vogel, envolve a identificação por produtos voláteis obtidos por tratamento com ácidos e os que dependem de reações em solução. Este procedimento é chamado de ensaio.

O estudo da análise sistemática será iniciado através do estudo de cátions e ânions no que consistem suas classificações e reações. Serão discutidos os procedimentos de como tratar os produtos de cada reação no que tange diferenciação entre os cátions e ânions: quais os reagentes que distingue um cátion de um mesmo grupo e quais procedimentos e/ ou ensaios distinguem os ânions. Na classificação ainda dos ânions estão presentes as reações que compõe os ensaios confirmatórios para ânions.

4- Classificação dos Cátions (íons metálicos) em Grupos Analíticos

Para fins de análise qualitativa sistemática, os cátions são classificados em cinco grupos, tomando-se por base sua peculiaridade a determinados reagentes, ou seja, os íons de comportamento análogo são reunidos dentro de um grupo. Os reagentes usados para a classificação dos cátions mais comuns são o ácido clorídrico, o ácido sulfídrico (sulfeto de hidrogênio), o sulfeto de amônio e o carbonato de amônio. A classificação baseia-se no modo como os cátions reagem a tais reagentes pela formação ou não de precipitados.

Os cincos grupos e suas características são, como se segue:

Grupo I Classificação dos Cátions (íons metálicos) em Grupos Analíticos : Os cátions deste grupo formam precipitados com ácido clorídrico diluído. Os íons deste grupo são: chumbo (Pb2+), mercúrio (I)

Grupo I: Os cátions deste grupo não reagem com ácido clorídrico, mas formam precipitados com ácido sulfídrico em meio ácido mineral diluído. Os íons deste grupo são: mercúrio (I) (Hg2+), cobre (Cu2+), bismuto (Bi3+), cádmio (Cd2+), arsênio (I) (As3+), arsênio (V) (As5+), antimônio (I) (Sb3+), antimônio (V) (Sb5+), estanho (I) (Sn2+), estanho (I) (Sn3+) e estanho (IV) (Sn4+). Os quatro primeiros formam o subgrupo I.A, e os seis últimos, o subgrupo I.B. Enquanto os sulfetos dos cátions do grupo I.A são insolúveis em polissulfeto de amônio, os do grupo I.B são solúveis.

Grupo I: Os cátions deste grupo não reagem nem com ácido clorídrico e nem com ácido sulfídrico em meio ácido mineral diluído. Todavia, formam precipitados com sulfeto de amônio em meio neutro ou amoniacal. Os cátions deste grupo são: cobalto (I) (Co2+), níquel (I) (Ni2+), ferro (I) (Fe2+), ferro (I) (Fe3+), cromo (I) (Cr3+), alumínio (Al3+), zinco (Zn2+) e manganês (I) (Mn2+).

Curiosidade: Vaitsman e Olymar classificam os cátions que não estão em negrito em grupo I e os em negrito em grupo IV. A solução que contém o primeiro grupo, após acidificada com HCl conc. é aquecida com cloreto de amônia (sólido) e hidróxido de amônio conc., formando hidróxidos. A solução que contém o segundo grupo tradada com ádico sulfídrico leva a formação de sulfetos.

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Grupo IV: Os cátions deste grupo não reagem nem com reagentes do grupo I, nem do I, nem do II. Eles formam precipitados com carbonato de amônio na presença de cloreto de amônio em meio neutro ou levemente ácido. Os cátions deste grupo são: cálcio (Ca2+), estrôncio (Sr2+) e bário (Ba2+).

Grupo V: Os cátions comuns, que não reagem com nenhum dos reagentes dos grupos anteriores, formam o último grupo, que inclui os íons magnésio (Mg2+), sódio (Na+), potássio (K+), amônio (NH4+), lítio (Li+) e hidrogênio (H+).

O sistema de grupo de cátions pode ser estendido para satisfazer a inclusão de íons menos comuns, como o tungstênio, molibdênio, titânio, vanádio e berílio que têm importantes aplicações industriais. São denominados íons menos comuns ou mais raros devido sua análise qualitativa de rotina ser menos comum. Logo, nosso estudo se restringirá apenas aos cátions que ocorrem com mais freqüência nas amostras comuns. Sendo que serão estudadas apenas as reações mais importantes de um número limitado de cátions.

4.1- Primeiro Grupo de Cátions

Chumbo (I), Mercúrio (I) e Prata (I) Reagente do grupo: ácido clorídrico diluído 2M

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